DE1013089B - Lichtdurchlaessiger Spiegel - Google Patents

Description

• Lichtdurchlässiger Spiegel Anordnungen, mit denen eine Lichtstrahlung in ein durchgehendes und ein reflektiertes Teilstrahlenbündel in der Weise aufgeteilt wird, daß die Anteile in bestimmten Intensitätsverhältnissen zueinander stehen, sind bekannt und finden in der praktischen Optik vielfach Anwendung. Eine solche Strahlenteilung wird häufig durch dünne, absorbierende (meist metallische) Schichten bewirkt, die auf den Träger, z. B. eine Platte oder ein Prisma, aufgebracht werden. Diese Anordnungen werden auch oft mit einem zweiten Glaskörper verkittet. Zur Vermeidung der bei diesen Vorrichtungen auftretenden, zum Teil beträchtlichen Lichtverluste kann der absorbierende Belag in bekannter Weise auch durch interferenzfähige, nicht absorbierende Schichten ersetzt werden. Allerdings besitzen solche Schichtsysteme in der üblichen Ausführungsform den Nachteil, daß sie einen erheblichen und in den meisten Fällen störenden Farbstich verursachen. Es sind auch schon spezielle, nicht absorbierende Schichtsysteme bekanntgeworden, durch welche dieser Farbstich verringert wird. Diese Anordnungen sind jedoch vor allem in dem besonders häufig verlangten Teilungsverhältnis von 1 : 1 nicht einfach 'herzustellen. Bei der Massenfertigung wird daher in vielen Fällen die geringere Lichtausbeute absorbierender, farbsticharmer Lichtteiler an Stelle des großen Aufwandes in Kauf genommen. Andererseits besteht in der technischen Optik der Wunsch, die Lichtausbeute optischer Geräte so hoch wie möglich zu halten. Es ist daher nicht vertretbar, wenn man z. B. durch hochwertige Entspiegelung der optischen Oberflächen in einem Gerät bestrebt ist, die Lichtverluste weitestmöglich zu verringern, während an einer anderen Stelle im gleichen Gerät durch Verwendung eines Lichtteilers mit hohem Lichtverlust der Gesamtlichtverlust wieder stark vergrößert wird.
• Gegenstand der Erfindung ist ein lichtdurchlässiger Spiegel, der gegenüber den mit nichtmetallischen Mehrfachschichten ausgerüsteten Lichtteilern einen geringeren Aufwand in der Herstellung erfordert und der den Vorteil einer guten Farbneutralität mit einer gegenüber den metallischen Lichtteilern erhöhten Lichtausbeute verbindet.
• Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß die von einer Metallschicht reflektierte und die durch sie hindurchgehende Lichtintensität um so höher sind, je größer der Brechungszahlenunterschied zwischen den die dünne Metallschicht einschließenden optischen Medien ist, wenn das hintere Medium (in der Lichteinfallsriehtung gesehen) gegenüber dem vorderen Medium die höhere Brechungszahl besitzt. Dieser Sachverhalt folgt aus rechnerischen Merlegungen mit Hilfe der an sich bekannten Formeln für Durchlässigkeift und Reflexionsgrad dünner, absorbierender Schichten.
• Erfindungsgemäß wird bei einem lichtdurchlässigen Spiegel zur Strahlenteilung, bei dem sich auf oder zwischen lichtdurchlässigen optischen Werkstoffen eine dünne, lichtdurchlässige, absorbierende, vorzugsweise metallische Schicht und eine oder mehrere nicht oder verhältnismäßig gering absorbierende interferenzfähige dielektrische Schichten befinden, die absorbierende Schicht in Richtung des durchgehenden Lichtes vor der oder den dielektrischen Schichten angeordnet. Eine derartige Anordnung besitzt den Vorteil, daß durch Wahl einer wesentlich höheren Brechungszahl, als diese für gebräuchliche optische Gläser zur Verfügung steht, eine erheblich stärkere Brechungszahldifferenz zwischen den beiden der Metallschicht benachbarten Medien erzielt werden kann. Dabei ist die Tatsache, daß das auf die metallische Schicht folgende Medium nicht als ausgedehntes Medium, sondern in Form einer dünnen, interferenzfähigen Schicht vorliegt, unbedenklich, wenn die optischen Schichtdicken der hochbrechenden dielektrischen Schichten geeignet gewählt werden. Es kann rechnerisch und experimentell nachgewiesen werden, daß z. B. bei Verwendung einer einzigen dielektrischen Zwischenschicht, um die angegebene Wirkung zu erzielen, diese ungefähr eine optische Dicke von )/4 besitzen muß, wenn @ die mittlere Wellenlänge des sichtbaren Spektrums ist.
• Darüber hinaus kann aber auch nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch eine bewußte Abweichung von der 2/4-Bedingung für die optische Dicke der dielektrischen Zwischenschicht bewirkt werden, daß eine etwa vorhandene wellenlängenabhängige Durchlässigkeit und Reflexion der einfachen Metallschicht durch die spektral abhängige InterferenzwiTkung der dielektrischen Zwischenschicht kompensiert wird. Einen solchen stärkeren primären Farbstich zeigt z. B. Silber als durchsichtige Schicht, dessen Verwendung als Lichtteiler wegen seiner relativ geringen Absorption an sieh besonders erwünscht ist. Zu diesem Zweck können die dielektrische Schicht oder die dielektrischen Schichten in ihrer Dicke so bemessen und/oder in ihrer- spektralen Brechungszahlabhängigkeit so ausgewählt werden, daß die spektrale Durchlässigkeit und Reflexion der absorbierenden Schicht einem konstanten Wert angenähert und damit eine Farbneutralität der Schichten in ihrer Gesamtwirkung erzielt wird.
• Bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten verkitteten Lichtteiler können z. B. die Schichten, in der Lichteinfallsri:chtung gesehen, die Reihenfolge Glasdurchlässige Metallschicht-hochbrechende dielektrische Schicht-Glas haben. Bei nicht verkitteten Lichtteilern kann sowohl die Reihenfolge Luftdurchlässige Metallschicht-dielektrische hochbrechende Schicht-Glas oder auch die Reihenfolge Glasdurchlässige Metallschicht dielektrische hochbrechende Schicht Luft gewählt werden. Das erste Schichtsystem wird man vorziehen, wenn das Metall widerstandsfähig ist, das zweite, wenn es weich ist oder an der Luft leicht korrodiert. In .diesem Fall ist allerdings zur Vermeidung von Doppelbildern für eine besonders hochwertige Entspiegelung der Glasoberfläche Sorge zu tragen.
• Dabei ist die erfindungsgemäße Anordnung nicht mit solchen bekannten _ Schichtensystemen zu verwechseln, bei denen z. B. auf einem Metallbelag eine oder mehrere dielektrische Interferenzschichten aufgebracht sind, die so nach Brechungszahl und Dicke abgestimmt sind, daß sie den lediglich interessierenden Reflexionsgrad erhöhen. In der- Praxis werden solche Anordnungen häufig bei Oberflächenspiegeln angewandt. Überträgt man derartige Systeme auf den hier interessierenden Fall der Lichtteiler mit durchlässigen absorbierenden Schichten, so findet man zwar auch eine Erhöhung der reflektierten Intensität, die jedoch wesentlich unter der mit der erfindungsgemäßen Anordnung erzielbaren Reflexionssteigerung liegt, und gleichzeitig ergibt sich eine beträchtliche Farbabhängigkeit -von der Wellenlänge: Bei den. erfindungsgemäßen Schichtsystemen wird eine solche stärkere Farbabhängigkeit jedoch gerade vermieden. Sie unterscheiden sich von den bekannten reflexionserhöhenden Systemen durch die Anordnung der Einzelschichten und die optischen Dicken der dielektrischen Schichten.
• Die Wirkungen der erfindungsgemäßen Ausbildung von Lichtteilern können . dadurch weiter verbessert werden, daß statt einer mehrere dielektrische Schichten mit geeigneten Brechungszahlen und optischen Dicken verwendet werden, wobei die Brechungszahlen und optischen Dicken der einzelnen Schichten mit Hilfe der an sich bekannten Formeln für die Durchlässigkeit und den Reflexionsgrad sowie mit den entsprechenden Überlegungen, wie sie oben für die einfache Zusatzschicht angewandt wurden, bestimmt werden können.
• Bei Anwendung der Erfindung erzielt man für verkittete Lichtteiler eine Erleichterung des Kittvorganges, wenn die Kittschicht zwischen der oder den dielektrischen Schichten und dem rückwärtigen Glaskörper angeordnet wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Verkittun:g des Glaskörpers mit einer in den meisten Fällen wenigef empfindlichen dielektrischen Substanz erfolgen kann, als dies häufig bei dünnen Metallschichten,-beispielsweise aus Silber, der Fall ist. Außerdem erlaubt es die Erfindung, Lichtteiler mit leicht korrodierenden Metallen längere Zeit vor dem Verkitten aufzubewahren, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Schicht »anläuft« (z. B. Silber) oder sich die Intensitätsverhältnisse auf Grund an Luft eintretender Oxydation ändern (z. B. Aluminium).
• Für die technische Realisierung der Erfind bestehen weitgehende Möglichkeiten. So können die Schichten mit Hilfe aller bekannten Aufbringungsverfahren, wie Vakuumverdampfung, Kathodenze'rstäubung u. a., aufgebracht werden; die Verfahren können auch miteinander kombiniert werden. Die praktische Feststellung der geeigneten Schichtdicken kann z. B. durch an sich bekannte Meßverfahren während des Aufbringungsvorganges erfolgen.
• Die Erfindung wird an Hand der Abbildungen näher erläutert, in denen der spektrale Verlauf der Durchlässigkeit und des Reflexionsgrades für verschiedene Schichten als Beispiel graphisch dargestellt ist.
• Abb. 1 a zeigt den Verlauf der Durchlässigkeit und des Reflexionsgrades einer einfachen Chromschicht auf einem Planglas in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge, während in Abb. 1 b die gleiche Abhängigkeit für eine Chromschicht mit einer zusätzlichen hochbrechenden dielektrischen Schicht, die beispiels= weise aus Zinksulfid bestehen kann und eine ungefähre optische Dicke von d = 2/4 besitzt, dargestellt 'isst: Aus der Gegenüberstellung der Abb. 1 a und 1 b geht klar hervor, daß durch die zusätzliche: dielektrische Schicht gemäß Abb. 1 b ein starker Rückgang der Absorption und eine damit verbundene entsprechende Erhöhung der Lichtausbeute erzielt wird.
• Abb. 2 a zeigt die gleichen Kurven für einen Lichtteiler, bestehend aus einer zwischen Glasprismen verkitteten einfachen durchlässigen Silberschicht (Abb. 2b) für einen Lichtteiler mit einer durch eine hochbrechende dielektrische Zwischenschicht erweiterten durchlässigen Silberschicht. Aus diesen Abbildengen ist die Veränderung der Spektralkurve, welche mit einer Verringerung des ursprünglich vorhandenen Farbstiches gleichbedeutend ist, durch die Wirkung der zusätzlichen dielektris.chen Schicht deutlich zu ersehen.

Claims (4)

1. PATENTANSPRüCHE: 1. Lichtdurchlässiger Spiegel zur Strahlenteilung in einen durchgelassenen und einen rlektierten Strahlenanteil, bei dem sich auf oder zwischen lichtdurchlässigen optischen Werkstoffen eine dünne, lichtdurchlässige, absorbierende, vorzugsweise metallische Schicht und eine oder nieterere nicht oder verhältnismäßig gering absorbierende interferenzfähige dielektrische Schichtet befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die aibso2-bierende Schicht in Richtung des durchgehenden Lichtes vor der oder den dielektrischen Schichten angeordnet ist.
2. 2. Lichtdurchlässiger Spiegel nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige hochbrechende dielektrische Schicht vorgesehen ist, deren optische Dicke ungefähr ein Viertel der Schwerpunktwellenlänge des interessierenden Wellenbereichs beträgt.
3. 3. Lichtdurchlässiger Spiegel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht oder die dielektrischen Schichten in ihrer Dicke so bemessen und/oder in ihrer spektrale Brechungszahlabhängigkeit so ausgewählt sind, daß damit eine Farbneutralität der Schichten in ihrer Gesamtwirkung erzielt wird.
4. 4. Lichtdurchlässiger Spiegel nach Anspruch 1, bei dem die Schichten zwischen lichtdurchlässigen optischen Werkstoffen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten in der entsprechenden Reihenfolge auf das vordere Trägermaterial aufgebracht sind und daß die letzte dielektrisc e Schicht aus einer Substanz besteht, die widerstandsfähiger und korrosionsfester als die absorbierende Schicht ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 718 040, 839 250, 900489.